Шведские ученые разработали аккумулятор, который может принимать любую форму

Используя электроды в жидкой форме, исследователи из Университета Линчёпинга разработали аккумулятор, который может принимать любую форму. Этот мягкий и гибкий аккумулятор можно интегрировать в технологии будущего совершенно новым способом.

Их исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

«По текстуре он немного похож на зубную пасту. Этот материал можно, например, использовать в 3D-принтере, чтобы придать батарее любую форму. Это открывает возможности для нового типа технологий», — говорит Айман Рахманудин, доцент Линчёпингского университета.

По оценкам, через 10 лет более триллиона гаджетов будут подключены к интернету. Помимо традиционных технологий, таких как мобильные телефоны, смарт-часы и компьютеры, это могут быть носимые медицинские устройства, такие как инсулиновые помпы, кардиостимуляторы, слуховые аппараты и различные датчики для мониторинга здоровья, а в долгосрочной перспективе также мягкая робототехника, электронный текстиль и подключённые нервные имплантаты.

Если все эти гаджеты должны работать так, чтобы не мешать пользователю, необходимо разработать новые типы аккумуляторов.

«Батареи — самый крупный компонент всей электроники. Сегодня они твёрдые и довольно громоздкие. Но у мягкой и гибкой батареи нет ограничений в дизайне. Её можно интегрировать в электронику совершенно по-другому и адаптировать под пользователя», — говорит Айман Рахманудин.

Вместе со своими коллегами из Лаборатории органической электроники LOE он разработал мягкую и податливую батарею. Ключевым моментом стал новый подход — перевод электродов из твердой формы в жидкую.

Предыдущие попытки создать мягкие и растягивающиеся аккумуляторы были основаны на различных типах механических функций, таких как эластичные композитные материалы, которые можно растягивать, или соединения, которые скользят друг по другу. Но это не решает основную проблему: чем больше аккумулятор, тем выше его ёмкость, но чем больше активных материалов, тем толще электроды и тем выше жёсткость.

«Здесь мы решили эту проблему и первыми показали, что ёмкость не зависит от жёсткости», — говорит Рахманудин.

В прошлом уже проводились испытания жидкостных электродов, но без особого успеха. В то время использовались жидкие металлы, такие как галлий. Но этот материал может работать только в качестве анода и может затвердевать во время зарядки и разрядки, теряя свою жидкую природу. Кроме того, во многих ранее изготовленных растягивающихся аккумуляторах использовались редкие материалы, добыча и переработка которых оказывают серьёзное воздействие на окружающую среду.

Исследователи из кампуса Линчёпингского университета в Норрчёпинге вместо этого создали мягкую батарею на основе проводящих пластмасс (сопряжённых полимеров) и лигнина — побочного продукта производства бумаги. Батарею можно заряжать и разряжать более 500 раз, и она будет сохранять свои характеристики. Её также можно растянуть в два раза, и она будет работать так же хорошо.

«Поскольку материалами для аккумулятора являются сопряжённые полимеры и лигнин, сырьё в изобилии. Перерабатывая побочный продукт, такой как лигнин, в ценный товар, например, в материал для аккумулятора, мы способствуем созданию более замкнутой модели. Таким образом, это экологичная альтернатива», — говорит Мохсен Мохаммади, научный сотрудник LOE и один из ведущих авторов статьи.

Следующий шаг — попытаться увеличить электрическое напряжение в батарее. По словам Рахманудина, в настоящее время существуют некоторые ограничения, которые необходимо преодолеть.

«Батарея не идеальна. Мы показали, что концепция работает, но производительность нужно улучшить. В настоящее время напряжение составляет 0,9 вольта. Поэтому теперь мы рассмотрим возможность использования других химических соединений для повышения напряжения. Один из вариантов, который мы изучаем, — это использование цинка или марганца, двух металлов, которые часто встречаются в земной коре», — говорит Рахманудин.

Источник: Tech Xplore